20. Устройства сопряжения с объектами управляющих эвм
К УСО относится все оборудование, которое располагается «между» сопрягаемым объектом и уровнем портов ввода-вывода, доступных программисту.
К ним относятся тракты ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов:
Дискретный тракт ввода-вывода: преобразователи уровня, фильтры, схемы гальванической изоляции, реле…
Аналоговый тракт ввода-вывода: АЦП-ЦАП, мультиплексоры, коммутаторы, фильтры, усилители…
[УСО – все эти элементы, реализующие связь с объектом. Ну или как-то так…]
Информационно-управляющие ВС предназначены для решения конкретных задач, соответственно СВВ делается под определённую задачу. В них присутствует объект анализа и объект управления. СВВ предназначены для взаимодействия с объектом (устройство сопряжения с объектом - УСО), помимо связи с объектом СВВ выполняет функции связи с оператором, межмашинный обмен, организация внешней памяти.
3) Взаимодействие с консольными элементами. Сюда попадают устройства ввода- вывода, которые взаимодействуют с оператором посредством всех присутствующих у оператора чувствительных трактов. Тенденция состоит в том, что разработчики стремятся использовать слабо связанные элементы, нежели сильно связанные вычислители, т.к. слабая связь легко программируется. Быстрое распространение получают контроллерные??? сети (Field Bus). Основные стандарты: CAN 2.0, I2C, MIL 1553. CAN 2.0 - автомобильная электроника, MIL 1553 - авиационная электроника, I2C - бытовая и производственная электроника.
4) Элементы дискретного и аналогового ввода-вывода. Дискретный в/в - сигналы принимают два значения. Вид сигналов - это открытый вопрос.
Блок гальванической изоляции не всегда присутствует в трактах подобного вида. Гальваническая изоляция нужна для защиты ядра ВС от помех, от разности напряжений при коммутации (установке оборудования). Реализуется с помощью трансформаторной изоляции или с помощью оптоэлектронной схемы.
Недостаток трансформаторов состоит в том, что они работают только на переменном токе. Оптоэлектронные схемы (оптопары) состоят из фотоизлучающих приборов (диоды) и светоприёмников (фоторезисторы, фототранзисторы). Оптопары работают хорошо только на полярном подключении, что неудобно при передаче аналоговых сигналов. Элементы изоляции: напряжение изоляции, оптопары для дискретных сигналов или для аналоговых, коэффициент передачи, время переключения, рабочий ток светодиода. Значения изолирующих напряжений: 2-4 КВ (бытовое применение), 6.3 (медицинские цели).
Аналоговый в/в - Основные формы представления сигнала: напряжение, ток, частота, временной интервал, количество импульсов. Разработчики стараются выпускать датчики с аналогово-цифровым преобразователем и цифровым выходом на компьютер. Датчики с аналоговым выходом стараются не использовать.
АЦП с разрядностью 6 - это для быстродействующих систем (бывают АЦП до 26). 8- разрядные АЦП - это дешёвые АЦП с точностью до 1% . 12- разрядов - это уже другой уровень схемотехники. Необходимо ставить термоизолирующую аппаратуру. Больше 14 разрядов - уникальные измерительные системы. О быстродействии можно забыть. Измерение светового потока с точность 10-12 разрядов, когда измерение единицы милливольт, то ставится АЦП интегрирующего типа г=50Гц.
Точность измерения определяется разрядностью АЦП и мощностью ОИ. Выходной аналоговый тракт также делится на две категории: формирующее напряжение и ток или импульсы различной последовательности. Для первого случая основным элементом является ЦАП (на основе резистивной матрицы либо ёмкостной матрицы). Недостаток: на выходе нельзя использовать аналоговую память.
5) Конфигурирование управляющего устройства. Конфигурирование в микроконтроллерах возникает на разных этапах. Например, в процессе работы датчики могут портиться и необходимо производить настройку (калибровку и проверку). Технологические аспекты: необходимость перепрограммирования ППЗУ, например с помощью управляющей последовательности делать сменные микросхемы FLASH памяти (при использовании специального программатора)
(УСО), собственно, не является принадлежностью микроконтроллером, но его конкретная техническая реализация определяет, какими видами сигналов МК может обмениваться с ОУ. Конечно, конструкция ОУ и цель управления им накладывают определенные требования на конструкцию УСО. Поэтому конструкции УСО не поддаются унификации и в каждом конкретном случае возможно то или иное техническое решение.
Следует заметить, что такие звенья УСО, как мультиплексор, схема выборки и хранения, АЦП и Сх. У, нуждаются в управляющих воздействиях всякий раз, когда требуется обращение к ним. Управление этими устройствами осуществляется программно-цифровым кодом, поступающим из ШД системы через интерфейс вывода.